원자 궤도가 어떻게 구성되어 있는지, 어떻게 상징화되고 유형화되어 있는지

그 원자 궤도 전자에 대한 파동 함수에 의해 정의 된 원자의 영역이다. 파동 함수는 Schrödinger 방정식의 해법에서 얻은 수학적 표현식입니다. 이것들은 공간에서 하나 이상의 전자의 에너지 상태와 그것을 발견 할 확률을 기술한다.

이 물리적 개념은 링크와 주기율표의 이해를 위해 화학자들에 의해 적용되어 전자를 파동과 입자로 동시에 간주합니다. 그러므로, 태양계의 이미지는 버려집니다. 여기서 전자는 핵이나 태양 주변의 궤도를 돌고있는 행성입니다.

이 오래된 시각화는 원자의 에너지 수준을 설명 할 때 실용적입니다. 예를 들면 : 궤도를 나타내는 동심원의 고리로 둘러싸인 원과 그 정적 전자. 사실 이것은 원자가 어린이와 청소년에게 소개되는 이미지입니다.

그러나 실제 원자 구조는 너무 복잡하여 이미지의 대략적인 이미지조차 갖지 못합니다..

이어서 웨이브 입자로서 전자를 고려하고, 수소 원자 (전체 시스템의 가장 간단한)을위한 차동 슈뢰딩거 방정식 유명한 양자 번호 수득.

이 숫자는 전자가 원자의 어떤 위치를 차지할 수는 없지만 신중하고 정량화 된 에너지의 수준을 따르는 것만을 나타냅니다. 위의 수학적 표현은 파동 함수로 알려져 있습니다..

따라서, 수소 원자로부터, 양자 수에 의해 지배되는 일련의 에너지 상태가 추정되었다. 이러한 에너지 상태는 원자 궤도.

그러나 이것들은 수소 원자에서 전자의 위치를 ​​설명했다. 다른 원자의 경우, 헬륨 이후부터 궤도 근사가 이루어진 다 전자 공학이 만들어졌다. 왜? 두 개 이상의 전자를 가진 원자에 대한 Schrödinger 방정식의 분해가 매우 복잡하기 때문에 (현재 기술에서도).

색인

• 1 원자 궤도 란 무엇인가??
  • 1.1 방사형 파 함수
  • 1.2 각 파 함수
  • 1.3 전자 및 화학 결합을 발견 할 확률
• 2 어떻게 상징화 되나요??
• 3 가지 유형
  • 3.1 오비탈
  • 3.2 Orbitals p
  • 3.3 Orbitals d
  • 3.4 궤도
• 4 참고

원자 궤도 란 무엇인가??

원자 궤도는 두 개의 구성 요소로 구성된 웨이브 함수입니다 : 하나는 반지름, 하나는 각도입니다. 이 수학 표현식은 다음과 같이 작성됩니다.

Ψ_nlml = R_nl(r) · Y_1ml(θφ)

처음에는 복잡해 보일 수 있지만, 양자 수 n, 내가 및 ml 그들은 작은 글자로 표시됩니다. 이것은이 세 숫자가 궤도를 설명한다는 것을 의미합니다. R_nl(r)는 방사형 함수로 더 잘 알려져 있으며, n 및 내가; 동안 Y_1ml(θφ), 각도 함수,에 의존 내가 및 ml.

수학 방정식에는 변수 r, 핵까지의 거리, θ와 φ도 있습니다. 이 방정식 세트의 결과는 궤도의 물리적 표현입니다. 뭐라구? 위 이미지에서 본 이미지입니다. 다음 섹션에서 설명 할 일련의 궤도가 있습니다..

그것의 모양과 디자인 (색깔이 아님)은 공간에서 웨이브 함수와 그것들의 방사상 및 각 성분.

방사형 파 함수

방정식에서 볼 수 있듯이, R_nl(r) 너무 많이 의존합니다. n 현재 내가. 그런 다음, 방사 에너지 함수는 주 에너지 레벨과 그 하위 레벨에 의해 설명됩니다.

방향을 고려하지 않고 사진을 찍을 수 있다면 무한히 작은 점이 관찰 될 수 있습니다. 그런 다음 수백만 개의 사진을 찍으면 핵과의 거리에 따라 점 구름이 어떻게 변하는 지 상세하게 설명 할 수 있습니다.

이 방법으로 구름의 밀도를 핵의 거리와 가까운 거리에서 비교할 수 있습니다. 동일한 작업이 반복되었지만 다른 에너지 수준 또는 하위 수준이 반복되면 이전 구름을 감싸는 다른 구름이 형성됩니다. 두 가지 사이에는 전자가 전혀 위치하지 않는 작은 공간이 있습니다. 이것은 알려진 것으로 방사형 노드.

또한 구름에는 더 높거나 낮은 전자 밀도가있는 영역이 있습니다. 그것들이 더 커지면서 핵으로부터 더 멀어지면 더 많은 방사형 노드를 갖습니다. 또한 거리 r 전자가 더 자주 주변을 돌며 그것을 발견 할 가능성이 더 크다..

각 파 함수

다시, 방정식으로부터 Y_1ml(θφ)는 주로 양자 수로 기술된다 내가 및 ml. 이번에는 자기 양자 수에 참여하기 때문에 공간에서 전자의 방향이 정의된다. 이 주소는 변수 θ 및 φ를 포함하는 수학 방정식으로부터 플롯 될 수 있습니다.

이제 우리는 사진을 찍기보다는 원자 내의 전자 경로 비디오를 기록합니다. 이전의 실험과는 달리 전자가 정확히 어디에 있는지는 알 수 없지만 그것이 어디로 가는지는 알 수 없습니다..

움직일 때 전자는 더 정의 된 구름을 묘사합니다. 실제로 구형 또는 이미지에 보이는 것과 같은 돌출부가있는 모양입니다. 공간의 형태와 방향은 다음과 같이 설명됩니다. 내가 및 ml.

전자가 통과하지 않고 숫자가 사라지는 핵 근처의 영역이 있습니다. 이러한 지역은 각 노드.

예를 들어, 첫 번째 구형 궤도가 관찰되면 모든 방향에서 대칭이라는 결론을 빨리 내릴 수 있습니다. 그러나 빈 공간을 드러내는 다른 궤도의 경우는 그렇지 않습니다. 이들은 데카르트 비행기의 기원과 로브 사이의 가상 평면에서 관찰 할 수 있습니다.

전자 및 화학 결합을 발견 할 확률

궤도에서 전자를 발견 할 실제 확률을 결정하기 위해서는 방사형과 각형의 두 가지 기능을 고려해야합니다. 그러므로, 각 성분, 즉 궤도의 형태를 가정하는 것으로는 충분하지 않고 핵의 거리에 따라 전자 밀도가 어떻게 변하는가에 대해서도 충분하다..

그러나 주소 (ml) 하나의 궤도를 다른 궤도와 구별한다면, 그것의 모양만을 고려하면 실용적이다. 이러한 방식으로, 화학 결합에 대한 설명은 이들 숫자의 중복으로 설명됩니다.

예를 들어, 3 개의 오비탈의 비교 이미지가 위에 표시되어 있습니다 : 1s, 2s 및 3s. 방사형 노드가 있음을 알 수 있습니다. 1s 궤도에는 노드가 없지만 다른 두 노드에는 1과 2 개의 노드가 있습니다..

화학 결합을 고려할 때,이 궤도의 구형 모양 만 기억하는 것이 더 쉽습니다. 이런 방식으로, ns 궤도는 다른 것과 멀리 떨어져서 접근합니다. r, 전자는 이웃 원자의 전자와 결합을 형성 할 것이다. 여기에서이 링크를 설명하는 몇 가지 이론 (TEV 및 TOM)이 발생합니다.

그들은 어떻게 상징화되어 있는가??

원자 궤도는 명시 적으로 다음과 같이 상징됩니다. nl_ml.

퀀텀 숫자는 0, 1, 2 등의 모든 값을 취하지 만, 오비탈을 상징하는 것은 n 수치 동안 동안 내가, 정수는 해당 문자 (s, p, d, f)로 대체됩니다. ~을 위해 ml, 변수 또는 수학 공식 ( ml= 0).

예를 들어, 1s 궤도의 경우 : n= 1, s = 0, 및 ml= 0 모든 ns 궤도 (2s, 3s, 4s 등)에도 동일하게 적용됩니다..

나머지 궤도를 상징화하려면, 에너지 레벨과 그 특성을 가진 각각의 타입을 언급 할 필요가있다..

유형

궤도

양자 수 내가= 0, 및 ml= 0 (방사형 및 각 성분 이외에) 구형의 궤도를 설명합니다. 이것은 초기 이미지의 궤도의 피라미드를 이끄는 것입니다. 레이디 얼 노드의 이미지에서 볼 수 있듯이 또한, 그것은 4S, 5S 및 기가 궤도가 세, 4, 5 개 노드에 예상 할 수있다.

그들은 대칭으로 특징 지어지며, 그들의 전자는보다 효과적인 핵 전하를 경험합니다. 전자가 내부 층을 통과하여 핵에 매우 가까이 위치 할 수 있기 때문에 이것은 긍정적 인 매력을 발휘합니다.

따라서 3s 전자가 2s와 1s 궤도를 관통하여 핵에 접근 할 확률이 있습니다. SP 혼성 궤도와 원자 개 전성 이유는 SP를 혼성화하는 (기타 경향 인접 원자의 전자 밀도를 유치) 설명³.

따라서, 오비탈의 전자는 핵의 전하를 가장 많이 경험하고 에너지 적으로보다 안정한 전자이다. 함께, 그들은 다른 하위 레벨 또는 궤도의 전자에 차폐 효과를 발휘합니다. 즉, 그들은 가장 외부의 전자들에 의해 경험 된 실제 핵 전하 Z를 줄인다..

Orbitals p

p 오비탈은 양자 수를 가지고있다. 내가= 1이고 값은 ml= -1, 0, +1. 즉,이 궤도에서 전자는 노란색 덤벨로 표시되는 세 방향을 취할 수 있습니다 (위 이미지 참조).

각 덤벨은 데카르트 축을 따라 위치합니다. x, 및 및 z. 따라서, x 축 상에 위치하는 궤도 p는 p_x; y 축상의 하나, p_및; xy 평면에 수직으로, 즉 z 축 상에 있으면 p_z.

모든 궤도는 서로 수직이며, 즉 90 °의 각도를 이룹니다. 또한, 각도 함수는 핵 (데카르트 축의 원점)에서 사라지고, 전자 밀도는 방사상 함수에 의존한다..

불량 차폐 효과

이 궤도 함수의 전자는 내부 궤도와 같은 정도로 쉽게 내부 층을 관통 할 수 없다. 그들의 형태를 비교하면 p 오비탈은 핵에 더 가깝게 보인다. 그러나, ns 전자는 핵 주위에서 가장 빈번하게 발견된다.

위의 결과는 무엇입니까? NP 전자는 더 낮은 유효 핵 전하를 겪는다. 그리고, 후자는 s orbitals의 스크리닝 효과에 의해 더 감소된다. 이것은 예를 들어, 왜 하이브리드 궤도 sp³ 그것은 sp orbitals보다 전기 음성이 적다.² 또는 sp.

또한 각 덤벨에는 각진 절점 평면이 있지만 방사형 노드는 없습니다 (2p 궤도는 그 외에는 없습니다). 말하자면, 얇게 썰면 내부에 2s 궤도와 같은 층이 없을 것입니다. 그러나 3p 궤도 이후부터 방사형 노드가 관찰되기 시작할 것입니다.

이러한 각도 노드는 최 외곽 전자가 열악한 차폐 효과를 겪는다는 사실에 책임이있다. 예를 들어, 2s 전자는 2p 오비탈의 전자를 2p 전자보다 큰 정도로 차폐시킨다..

Px, Py 및 Pz

값은 ml -1, 0 및 +1이고, 각각은 Px, Py 또는 Pz 궤도를 나타냅니다. 총 6 개의 전자 (각 궤도마다 2 개)를 수용 할 수 있습니다. 이 사실은 전자 구성, 주기율표 및 소위 블록 p를 구성하는 요소를 이해하는 데 중요합니다..

궤도

d 오비탈은 내가= 2, 및 ml= -2, -1, 0, +1, +2. 따라서 총 10 개의 전자를 보유 할 수있는 5 개의 궤도가 있습니다. d 오비탈의 5 가지 각도 함수는 위의 이미지에서 나타납니다..

첫 번째 것, 3d 궤도는 방사형 노드가 없지만 궤도 d를 제외한 나머지 모든 것들은_z2, 2 개의 마디 평면을 가진다; 이미지의 평면이 아닙니다. 이것들은 오렌지색 돌출부가 어느 축에 클로버 잎의 형태로 놓여 있는지를 보여주기 때문입니다. 두 개의 노드 평면은 회색 평면에 직각으로 이등분하는 평면입니다.

그들의 형태는 효과적인 핵 부하를 차폐하는 데있어서 효과가 훨씬 떨어집니다. 왜? 그들은 더 많은 노드를 가지고 있기 때문에 핵이 외부 전자를 끌어 당길 수 있습니다..

그러므로, 모든 d 궤도 함수는 원자 반경의 증가에 기여하여 한 에너지 준위에서 다른 원자 준위로 덜 발음된다.

궤도

마지막으로, f 오비탈은 내가= 3, 및 ml= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. 총 14 개의 전자에 대해 7 개의 f 궤도가 있습니다. 이 궤도는 6주기부터 이용 가능하며, 외견 상 4f.

각도 함수 각각은 복잡한 모양의 로브와 여러 노드 평면을 나타냅니다. 그러므로 그들은 외부 전자를 훨씬 덜 차폐하고이 현상은 란타 노이드 수축.

무거운 원자를위한 그 이유를 위해 수준의 그들의 원자 반경의 두드러진 변화가 없다 n 다른 사람에게 n + 1 (예 : 6n ~ 7n). 현재까지 5f 오비탈은 자연 또는 인공 원자에서 마지막으로 발견됩니다.

이 모든 것을 염두에두고 심연이 궤도와 궤도로 알려져 있습니다. 축 어적으로는 비슷하지만 실제로는 매우 다릅니다..

원자 궤도와 궤도 접근법의 개념은 화학 결합에 대한 설명을 가능하게했으며 이것이 어떻게 든 분자 구조에 어떤 영향을 미칠 수 있는지.

참고 문헌

1. Shiver & Atkins. (2008). 무기 화학 (제 4 판, 13-8 페이지). Mc Graw Hill.
2. 해리 B. 그레이. (1965). 전자 및 화학 결합. W.A. Benjamin, Inc. 뉴욕.
3. 퀴 뮤튜브 (s.f.). 원자 궤도와 양자 수. 원본 주소 'quimitube.com'
4. Ship C. R. (2016). 전자 궤도 시각화. 원본 주소 'hyperphysics.phy-astr.gsu.edu'
5. Clark J. (2012). 원자 궤도. 원본 주소 'chemguide.co.uk'
6. 양자 이야기 (2011 년 8 월 26 일). 원자 궤도, 고등학교 거짓말. 복구 대상 : cuentos-cuanticos.com